冯巩俐，徐玉玲，蒋晓煜，李嘉敏，黎桂英,杨颖丽

(西北师范大学生命科学学院，甘肃 兰州 730070)

土壤是一种重要的自然资源，行使着充当植物生长媒介、调节周遭环境水流以及作为环境缓冲区等多种重要的生态功能[1].高质量的土壤能够较好地维持生产力和保护环境[2].而我国西北地区，受暖温带和温带大陆性荒漠气候的影响，年降水少，蒸发量大；且采用如漫灌、只灌不排，满灌等不合理的灌溉方式，引起地下水位大面积抬升，造成农田次生盐渍化土壤及潜在的盐渍化土地面积日益增加[3].高盐作为影响植物生长发育的主要非生物胁迫之一，通过改变作物的光合作用能力和一系列生理过程对植物的生长、离子平衡及水分关系等产生负面影响[4-5]，进而造成农作物减产.目前土壤盐渍化已经严重影响了我国耕地的可持续发展和粮食供应[6].因此，通过研究不同盐浓度对农作物的影响机理和不同农作物品种的耐盐性有利于指导农业生产并提高盐渍区的粮食产量.

处于幼苗期的植物对外界环境变化十分敏感[7]，会经过不断调整自身，如改变生物量的分配来适应环境变化[8].赵春桥等[9]发现盐胁迫显著降低了柳枝稷的生物量，且地上生物量和籽粒产量降低更显著.同时，沙枣、杨树、朴树和鸡爪槭[10-13]等植物的生长也受到盐胁迫的影响，表现为光合作用速率降低，但降低的具体原因尚未形成统一的认识.光合色素是光能的主要受体，外界环境可通过改变光合色素的产生进而引起光合性能的变化[14].张倩等[15]的研究显示，盐胁迫显著降低了小麦幼苗的光合色素含量.有研究表明，盐胁迫通过影响植物体内各种色素蛋白复合体的合成进一步影响光能的吸收转换及电子传递[16-17].一般认为盐处理会对植物产生渗透胁迫并引发光合能力的降低，此外，植物叶片的蒸腾作用和呼吸作用也协同影响植物的正常生长.董杰等[18]的研究表明，盐胁迫使小麦幼苗的Pn、Cs和Tr显著降低.朱晓军[19]研究发现，盐胁迫显著降低了水稻幼苗的Pn和Gs.此外，严蓓等[20]发现，盐胁迫降低了黄瓜幼苗中进行光合作用的相关酶活，增强了碳水化合物积累对光合作用的负反馈抑制.叶绿素荧光作为一种能够快速、无损伤反映光合系统内重要调节过程的有效探针，可以通过各种荧光参数的变化来表征逆境胁迫对光合作用所造成的影响[21-22]，如高盐处理使得沙枣苗木的Fv/Fm、Fv/Fo、qP和ETR值显著下降[23].邹平[24]发现盐胁迫显著降低了小麦叶片中的Fv/Fm和qP，并使NPQ值显著增高.

小麦作为我国重要的战略储备粮食，广泛种植在北方地区[25].但我国北方大面积的盐渍化土壤严重制约了小麦的总产量，其中仅甘肃省就有约141.4×104hm2的盐渍化土壤[26].一直以来小麦的耐盐机理是热点问题，但研究主要集中于盐胁迫对小麦抗氧化系统、渗透性调节及外源物质对盐胁迫下小麦的影响等方面[27-29]，盐胁迫对小麦幼苗光合作用的影响机理和不同优质小麦幼苗对盐浓度的耐受性及响应的研究较少.‘陇春27号’和‘陇春30号’属于春小麦，种植在甘肃省的部分地区且有一定耐盐性，其中‘陇春27号’小麦叶片细长种皮呈红色，抗旱性强，耐贫瘠[30]；‘陇春30号’叶片短小种皮为琥珀色，具有抗倒性强，群体优等特点[31].本研究通过不同盐浓度下2种小麦幼苗干质量、鲜质量、色素含量和光合参数的变化，来揭示并比较本地优势小麦的耐盐性，进而因地制宜更合理安排种植区域，从而给农业生产提供一定的理论依据，并为甘肃盐渍化土壤的小麦增产提供理论支持.

1 材料与方法

1.1 材料及处理

所选材料为‘陇春27号’和‘陇春30号’小麦，购自甘肃省农业科学院.挑选颗粒饱满的种子浸泡于0.1%氯化汞中进行表面消毒10 min，用流水冲洗10 h以上，至小麦种子吸足水分且无氯化汞残留.将种子置于培养室(25 ± 1.5) ℃的黑暗环境中萌发24 h，每个培养杯中挑选约40粒长势均一的小麦种子并调节培养室参数：温度为(25±1.5) ℃，光照条件为300 μmol /(m2·s)，光暗周期为12 h/12 h.设25、100、200 mmol/L (用1/4 Hoagland营养液配置)3个盐浓度，对照用1/4 Hoagland营养液处理.每隔一天更换一次处理液，培养至第6天时对小麦幼苗进行以下指标的测定.每个处理选用3个培养杯，每个实验重复3次取平均值.

1.2 小麦幼苗干鲜质量的检测

小麦幼苗生长到第6天后，将根部用去离子水洗净并由滤纸吸干其表面水分，分别称取小麦根部及叶茎部分的鲜质量并记录.烘箱调至108 ℃，杀青10 min，后调节烘箱温度到80 ℃烘至恒质量，称得干质量并记录，每个平行进行3次重复[32].

1.3 光合色素含量的测定

根据Lichtenhale[33]的方法，称取0.5 g叶尖约2 cm处的小麦叶片，用95%乙醇反复抽提2次，离心并吸取上清于663、646、470 nm处测量吸光值.叶绿素的含量(以鲜质量计)用mg/g表示.

1.4 光合气体交换参数的测定

按照Berry[34]的方法在培养室内选择处于光照的时段利用TPS-2光合测定系统检测相同部位小麦叶片的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)和胞间CO2浓度(Ci)，并计算水分利用率(WUE).

1.5 叶绿素荧光参数的测定

参考Demmig-Adams等[35]的方法采用便携式调制荧光仪PAM-2500在培养室内选择处于光照的时段测定各项叶绿素荧光参数.先将培养室内光照关闭使待测植物暗适应30 min，测定初始荧光(F0)和最大荧光(Fm)，并据此计算出最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ 的潜在活性(Fv/F0).后恢复培养室内光照将叶片进行光适应，测定非光化学猝灭系数(NPQ)、光化学猝灭系数(qP)、PSⅡ的实际光合量子产量(Y(Ⅱ))、电子传递效率(ETR)、非调节性能量耗散的量子产量(Y(NO))及调节性能量耗散的电子产量(Y(NPQ)).

1.6 数据处理

2 结果与分析

2.1 盐处理对两种小麦幼苗生长的影响

如图1所示，与对照相比， 25 mmol/L NaCl处理促进2种小麦干物质的积累，其中，‘陇春27号’小麦的地上干质量有所增加但变化不明显，地下干质量增长约36%；‘陇春30号’小麦的地上和地下干质量分别增长约17%和14%.100 mmol/L NaCl处理则对2种小麦的干质量无显著影响.200 mmol/L 盐处理下2种小麦的干质量明显减少，且地下干质量减小较为严重，‘陇春27号’与‘陇春30号’小麦的地下干质量与CK相比分别降低约45%和42%；地上干质量降低约31%和25%.

与对照相比，25 mmol/L NaCl处理下‘陇春27号’小麦的根、叶鲜质量分别增加约18%和17%，‘陇春30号’小麦分别增加约为30%和19%；2种小麦在100 mmol/L NaCl处理下，根鲜质量分别降低约18%和17%，而叶鲜质量与对照相比无显著变化；200 mmol/L NaCl处理下，‘陇春27号’小麦的根叶鲜质量与对照相比分别降低约65%和61%，‘陇春30号’小麦分别降低61%和56%(图2).

图1 盐处理对两种春小麦幼苗根、叶干质量的影响Figure 1 Effects of salt treatment on root and leave dry weight of two spring wheat seedlings

图2 盐处理对两种春小麦幼苗根、叶鲜质量的影响Figure 2 Effect of salt treatment on root and leave fresh weight of two spring wheat seedings

2.2 盐处理对小麦幼苗光合色素的影响

表1中，在25 mmol/L NaCl 处理下2种小麦的色素含量均有不同程度的增加.100 mmol/L NaCl 处理下，与对照相比‘陇春27号’小麦的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素分别增加约14%、17%和15%，‘陇春30号’小麦则分别增长为11%、22%和13%，而2种小麦的类胡萝卜素变化不显著.相比于对照，200 mmol/L NaCl处理下27号小麦的类胡萝卜素含量降低约12%，‘陇春30号’小麦无显著性差异；与此同时，2种小麦的叶绿素含量差异不显著.

2.3 盐处理对小麦幼苗气体交换参数的影响

从表2可以看出，盐处理基本不影响2种小麦幼苗的胞间CO2浓度,却降低了蒸腾速率和气孔导度，并使得水分利用率升高.在25 mmol/L NaCl处理下，2种小麦的Tr、Gs和Pn与对照相比均降低，‘陇春27号’小麦分别降低约29%、37%和17%，‘陇春30号’小麦约为23%、10%和17%；同时，27号小麦的水分利用率比对照增加约19%，‘陇春30号’小麦则无明显变化.100 、200 mmol/L NaCl浓度下，2种小麦的光合气体交换参数相比于对照出现不同程度的降低，且200 mmol/L NaCl处理时差异更显著，其中‘陇春27’号小麦的Tr、Gs、Pn和WUE分别同比降低约44%、50%、58%和21%；‘陇春30号’小麦分别约为49%、61%、33%和21%.不同盐浓度处理下，当小麦幼苗叶片的Gs下降时，Ci却出现升高现象，而同浓度NaCl处理下，‘陇春30号’小麦的WUE均高于‘陇春27号’小麦.

表1 盐处理下两种小麦叶片的光合色素含量

表2 盐处理下两种小麦叶片的气体交换参数Table 2 Photosynthetic gas exchange parameters of wheat leaves under salt treatment

2.4 盐处理对小麦幼苗叶绿素荧光参数的影响

Fv/Fm为暗反应下PSⅡ 的最大光量子产量，可以反映开放的PSⅡ 反应中心最大光能转换效率[36]，在环境未受到改变时该值十分稳定，因而常被用作衡量植物是否受到胁迫的依据.如图3-A～B所示，随着盐浓度的增加， ‘陇春27号’和‘陇春30号’小麦的Fv/Fm有所下降，但与对照均无显著性差异.Fv/F0表示PSⅡ 的潜在活力，不同盐处理下‘陇春27号’小麦的该值随盐浓度的升高持续下降；而‘陇春30号’小麦的Fv/F0值呈先上升后下降的变化趋势，在25 mmol/L NaCl处理时最大，但与对照相比差异均不显著.

NPQ为非光化学淬灭系数，代表PSⅡ 有线色素所吸收光能中用于热耗散的比例[37].由图3-C～D可知，2种小麦的NPQ值随NaCl浓度的增加先减小后增大，在100 mmol/L NaCl处理下出现最小值.‘陇春27号’小麦在25、100 mmol/L NaCl处理下NPQ值与对照相比降低约13%和29%，‘陇春30号’小麦约为13%和38%； 200 mmol/L 盐处理下‘陇春27号’小麦的NPQ值增加为对照的1.29倍，‘陇春30号’小麦则无显著性差异.qP是光化学淬灭系数，表示PSⅡ 有线色素所吸收的光能中被用于光化学电子传递的比例，qP值越大，代表PSⅡ 反应中心的开放程度越大，光合电子传递越多.‘陇春27号’小麦的qP值在25 mmol/L NaCl处理下最大，随后降低；‘陇春30号’小麦在盐浓度为100 mmol/L时最大，但2种小麦的该值在不同浓度盐处理下与对照比均无明显变化.

图3 盐处理对两种小麦幼苗叶绿素荧光参数的影响Figure 3 Effects of salt treatment on chlorophyll fluorescence parameters of two wheat seedlings

Y(Ⅱ )表示PSⅡ 反应的实际光合量子产量.根据图3-E～F所示，‘陇春30号’小麦的Y( Ⅱ)值在100 mmol/L NaCl处理下最大，为CK的1.05倍；而‘陇春27号’小麦的该值在25 mmol/L 盐处理时达到最大.ETR代表表观电子传递效率[38].2种小麦的ETR值在200 mmol/L盐处理时均达到最小，‘陇春27号’小麦的该值在25 mmol/L NaCl处理时最大，增加为对照的1.02倍；‘陇春30号’小麦则在100 mmol/L NaCl处理下最大，增加为对照的1.05倍.

Y(NO)为非调节性能量耗散的量子产量，表示非热耗散以外的荧光猝灭.由图3-J～H可以看出，‘陇春27号’小麦的Y(NO)值在25 mmol/L NaCl处理下达到最小值，100 mmol/L NaCl处理时升高，而最高浓度盐处理(200 mmol/L)时该值略微降低，但与对照均无显著性差异；不同盐浓度下‘陇春30号’小麦的Y(NO)比较稳定，各处理间差异均不显著.Y(NPQ)代表调节性能量耗散的量子产量，该值越大表明植物的抗逆性越强.根据图3-J～H，不同NaCl处理下， ‘陇春27号’和‘陇春30号’小麦的Y(NPQ)值一致出现先降低后升高的趋势.盐浓度为25、100 mmol/L时‘陇春27号’小麦的Y(NPQ)值与对照比分别降低约11%和22%；‘陇春30号’小麦在25 mmol/L盐处理时无明显变化，当处理浓度升高至100 mmol/L时与对照比降低约36%.200 mmol/L盐处理下‘陇春27号’小麦的Y(NPQ)值比对照升高约33%，‘陇春30号’小麦则与对照无显著性差异.

3 讨论

3.1 两种春小麦干鲜质量对不同盐浓度的响应

盐胁迫作为主要的逆境因子之一，严重影响植物的生长发育.而干鲜重能够表征植物对盐胁迫的响应，同时也可以体现盐胁迫对植物产生的综合影响[39].朱世杨等[40]用NaCl处理花椰菜时发现，68 mmol/L盐处理对MT-80型花椰菜的地上干质量和地下干质量均有明显促进作用，之后盐浓度越高干物质的积累越少.王军[41]等用150、200、250、300 mmol/L的盐溶液处理小麦幼苗，发现随盐浓度的升高，小麦幼苗的干鲜质量均显著下降.本研究中，‘陇春27号’和‘陇春30号’小麦的干质量在不同盐浓度下呈先升高后降低的趋势，与韩志平等[42]的研究结果相近，说明低浓度的盐有利于植物幼苗干物质的积累；中浓度(100 mmol/L)盐处理对2种小麦的叶干质量无明显影响，却显著降低了‘陇春27号’小麦的根干质量；高浓度盐对2种小麦干物质的积累有显著抑制作用，根叶干质量均明显减少.2种小麦的根叶鲜质量与干质量在不同浓度盐处理下具有相似的变化趋势.本试验通过对根叶干鲜质量的研究发现，盐处理对小麦根系的影响高于叶片，且高浓度盐对‘陇春27号’小麦根茎生长的抑制作用更明显，说明‘陇春30号’小麦可能比‘陇春27号’小麦耐盐能力更强.

3.2 两种春小麦色素含量对不同盐浓度的响应

植物在受到盐胁迫时，会使叶细胞中叶绿体受损，表现为类囊体膜损伤，出现微溶甚至重溶[43]，同时叶绿素等位于类囊体膜上的色素蛋白含量也会产生相应变化[44]，因而叶绿素含量的变化可以表征植物对盐的耐受性.谷艳芳等[45]以冬小麦‘周麦18’和‘豫麦49’为研究对象，发现不同盐浓度下两种小麦叶绿素含量呈先升高后下降的趋势.本试验中低浓度盐处理下受试的陇春‘陇春27号’和‘陇春30号’小麦幼苗叶绿素含量较对照升高，而随着盐胁迫程度加剧，2种小麦幼苗叶绿素含量均降低，此结果与薛忠财[46]和朱金方[47]等的研究结果一致.这可能是低浓度盐处理下，植物为了减弱盐胁迫造成的生理紊乱，通过加快叶绿素的合成提高光合作用或减弱叶绿素的分解进行的自身调节；而高浓度盐产生的离子毒害通过减弱叶绿素与其蛋白的结合改变了原本的叶绿素结构，使其分解速度加快进而降低了叶绿素含量.本研究中，2种受试小麦的叶绿素a含量与总叶绿素含量的变化一致，说明不同盐胁迫导致2种小麦叶绿素含量的变化可能主要与叶绿素a有关，且在高浓度盐处理下‘陇春30号’小麦的叶绿素含量减少的幅度较‘陇春27号’小麦更小.类胡萝卜素属于植物体内重要的非酶促系统，既可作为底物参与活性氧的清除又可直接与活性氧反应从而保护叶绿素免受强光导致的光氧化破坏，同时又是反应中心复合体不可缺少的结构成分[48].因此植物在受到逆境胁迫时可通过增加类胡萝卜素的含量来减缓光破坏所带来的伤害.在本研究中‘陇春30号’小麦的类胡萝卜素含量随NaCl浓度增加依次减少，这与靖姣姣等的试验结果相同[49]，但在陇春‘陇春27号’小麦中其含量随盐浓度的升高表现为先增加后降低的变化，同冯蕾等[50]对皂荚的研究结果相同.而在EI-Baki[51]的研究中，盐胁迫增高了种植79 d后4种小麦的类胡萝卜素含量，但显著降低了叶绿素含量，可能随着植物的不断生长，机体通过改变色素的分配来适应盐环境.本研究中低浓度盐处理下‘陇春27号’小麦通过提高类胡萝卜素含量而减弱了光破坏带来的伤害，使光合色素叶绿素含量升高；‘陇春30号’小麦在低浓度盐胁迫处理下类胡萝卜素含量降低而叶绿素含量升高的机理有待进一步研究.

3.3 两种春小麦光合气体交换参数对不同盐浓度的响应

光合作用可作为判断植物生长和抗逆性的指标，是植物体内重要的代谢过程，其强弱对植物生长发育及抗逆性都有重要的影响[52].影响植物光合作用的因素有气孔因素和非气孔因素[53]，气孔因素主要指由于气孔的部分闭合导致光合效率降低，非气孔因素是指植物细胞中光合活性的降低.判断依据主要是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2的变化方向[54].其中气孔作为外界CO2进入的主要通道，其大小影响Pn和Tr[55].孙璐等[56]通过对高粱幼苗的试验发现盐胁迫使Pn、Gs、Tr下降，Ci升高.在本试验中，25、100、200 mmol/L盐处理下2种小麦幼苗的Pn、Gs逐渐降低，而Ci却呈升高趋势，说明非气孔限制是影响该小麦幼苗光合速率下降的主要因素[57].在杨婷等[58]的研究中，150 mmol/L NaCl处理显著降低了‘冀麦32号’小麦幼苗叶片的Pn、Gs、Ci和Tr，这一结果与本研究不同的原因可能是春小麦与冬小麦的光合特性对盐胁迫的响应机制不同.此外，‘陇春30号’小麦光合气体交换参数的变化较‘陇春27号’小麦稳定，说明‘陇春30号’小麦的耐盐性可能高于‘陇春27号’小麦[59].水分利用率(WUE)代表生产单位作物的产量所需用水，是用来衡量植物水分利用与光合作用关系的一个重要指标[60].本研究中还发现，25 mmol/L盐处理下，2种小麦幼苗的WUE与对照相比均升高，可能是植物启动了某种自我保护机制，进而通过降低叶片的Tr使得WUE升高；植物在100、200 mmol/L盐处理下，WUE显著下降，与蒋雪梅等[61]的研究结果一致.不论在哪种程度盐处理，‘陇春30号’小麦的WUE值均大于‘陇春27号’小麦，表明其在NaCl处理下对水分有较高利用率，通过自身调节来减弱盐害的能力较强.

3.4 两种春小麦叶绿素荧光参数对不同盐浓度的响应

盐胁迫会通过减弱植物光系统对光能的吸收、传递和转化，进一步降低光化学活性[62].研究发现植物叶绿素荧光的变化可以表示植物受胁迫的情况[63].PSⅡ 与盐胁迫下光合作用受到伤害的最初部位相关，盐胁迫会破坏叶绿体的光合机构，降低PSⅡ 原初光能转换效率和潜在活性[64].同时，盐胁迫还会引起PSⅡ 外周蛋白部分或全部脱落，使得PSⅡ 反应中心，特别是放氧复合体的失活[65].Fv/Fo表示潜在光化学活性，与Fv/Fm共同表征光化学反应状态，并用来鉴别对盐害的耐受力.本试验中不同浓度盐处理下Fv/Fo和Fv/Fm值逐渐下降，但变化不显著，说明盐处理对2种小麦幼苗的PSⅡ潜在活性及光化学效率影响较小.Fv/Fm降低可以作为光抑制的指标，在研究中发现2种小麦在200 mmol/L盐处理下Fv/Fm最低，与董杰等[66]的研究一致，但Fv/Fm为多少代表植物光合受到抑制，目前尚未有明确定论.同时，有研究者发现光抑制可能是PSⅡ 反应中心受伤害和光化学保护反应即非光化学淬灭共同作用的结果[67].当光化学淬灭系数(qP)减小时，说明PSⅡ反应中心开放部分所占的比例减小，天线色素所捕获的光能不足以驱动光合电子向下传递，使得过剩的光能以热的形式耗散掉，引起非光化学猝灭NPQ的增加[68].在周丹丹等[69]的研究中，朴树的NPQ值随盐处理浓度的增加呈降低-升高变化.El-Hendawy[70]的研究结果发现，中度盐处理下耐盐小麦的NPQ值与对照相比无明显变化，而重度盐处理下NPQ值显著增加.本研究中，2种小麦的NPQ值在200 mmol/L盐浓度时显著升高，说明200 mmol/L盐处理可激发2种小麦的光保护机制；同时， ‘陇春30号’小麦的NPQ在不同盐浓度下均高于‘陇春27号’小麦，但qP在100、200 mmol/L盐处理下均低于‘陇春27号’，说明‘陇春30号’小麦幼苗在受到较高浓度盐处理时，叶片所捕获光能中用于光化学反应的比例减少，并通过增加自身的热耗散来消耗过量的激发能，以此达到适应高盐环境的目的.高浓度盐处理下2种小麦的Y(Ⅱ)和ETR值开始降低，可能是较高浓度盐处理首先对电子传递速率造成了影响，进而PSⅡ 反应中心的活性受到抑制，引起PSⅡ 活动中心受损，光合机构遭到破坏，减缓了原初反应，不利于反应中心的光合电子向QA、QB和质体醌(PQ)传递及激发光能由天线色素蛋白复合体(LHC)向PS的传递，进一步影响PSⅡ 的功能，导致小麦光合速率下降.在相同浓度盐处理下，‘陇春30号’小麦的Y(Ⅱ )值较‘陇春27号’小麦低，但在较高盐浓度下，‘陇春30号’小麦的变化更稳定，对盐的耐受性更强.根据Kramer理论，Y(Ⅱ)+Y(NPQ)+Y(NO)=1[71].Y(NPQ)值越大表示植物通过自身调节机制进行自我保护的能力越强，可有效减弱过剩光能引发的单线态氧或自由基对植物的伤害，Y(NO)值越大则表示植物本身能够耗散的光能越有限，自我调节能力较弱.Janda[72]研究发现，200 mmol/L盐处理下，小麦幼苗的Y(NO)值与对照相比显著升高，而Y(NPQ)值显著降低.在本试验中，‘陇春30号’小麦的Y(NPQ)值在中高盐浓度下均大于‘陇春27号’小麦，且在200 mmol/L 盐处理时与对照相比无明显变化，但‘陇春27号’小麦的Y(NPQ)值急剧降低；在不同浓度盐处理下， ‘陇春30号’小麦的Y(NO)值无明显变化，‘陇春27号’小麦则先降低后升高.以上结果说明200 mmol/L NaCl处理对‘陇春27号’小麦造成了严重损伤，同时‘陇春30号’小麦对于盐胁迫响应的自我调节能力强于‘陇春27号’小麦，表现出更强的耐盐性.

4 结论

本试验通过对2种小麦幼苗干鲜质量、叶片色素含量、光合气体交换参数及叶绿素荧光参数的测定，发现低浓度盐处理通过增加2种春小麦幼苗叶片的光合色素含量，使叶片对光能的吸收和传递能力增强，从而促进了小麦幼苗的生长.而高浓度盐则相反.与此同时，相比于‘陇春27号’小麦，‘陇春30号’小麦幼苗在高盐处理下具有较高的生长适应能力，更适合种植于高盐环境.